高考物理創(chuàng)新案例(人教)實驗七 驗證機(jī)械能守恒定律

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 實驗?zāi)康尿炞C機(jī)械能守恒定律 圖實 7 1 三 實驗器材鐵架臺 含鐵夾 打點計時器 學(xué)生電源 紙帶 復(fù)寫紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 四 實驗操作1 實驗步驟 1 安裝置 按圖實 7 2所示將檢查 調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上 接好電路 2 打紙帶 將紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過打點計時器的限位孔 用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方 先接通電源 后松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復(fù)做3 5次實驗 圖實 7 2 五 注意事項1 打點計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上 打點計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向 以減小摩擦阻力 2 重物要選用密度大 體積小的物體 這樣可以減小空氣阻力的影響 從而減小實驗誤差 3 實驗中 需保持提紙帶的手不動 且保證紙帶豎直 待接通電源 打點計時器工作穩(wěn)定后 再松開紙帶 六 誤差分析1 本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 空氣阻力 打點計時器阻力 做功 故動能的增加量 Ek稍小于重力勢能的減少量 Ep 即 Ek Ep 這屬于系統(tǒng)誤差 改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減少阻力 2 本實驗的另一個誤差來源于長度的測量 屬偶然誤差 減小誤差的辦法是測下落距離時都從0點量起 一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完 或者采用多次測量取平均值來減小誤差 例1 2010 新課標(biāo)全國卷 圖實 7 3為驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 圖實 7 3 1 為完成此實驗 除了所給的器材 還需要的器材有 填入正確選項前的字母 A 米尺B 秒表C 0 12V的直流電源D 0 12V的交流電源 2 實驗中誤差產(chǎn)生的原因有 寫出兩個原因 解析 本題意在考查考生對 驗證機(jī)械能守恒定律 實驗原理的理解 并能正確分析實驗誤差的來源 1 打點計時器使用的電源為交流電源 故應(yīng)選取0 12V的交流電源 D正確 利用米尺測量紙帶上各點間的距離 A正確 本實驗中利用打點計時器作為計時工具 所以不需要秒表 B錯誤 2 實驗誤差的來源主要是由于紙帶在下滑的過程中需要克服摩擦力做功 以及用米尺測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)有誤差 答案 1 AD 2 紙帶和打點計時器之間有摩擦 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差 計算勢能變化時 選取始末兩點距離過近 交流電頻率不穩(wěn)定 例2 驗證機(jī)械能守恒定律 的實驗可以采用圖實 7 4所示的甲或乙方案來進(jìn)行 圖實 7 4 1 比較這兩種方案 選填 甲 或 乙 方案好些 理由是 2 圖實 7 5是該實驗中得到的一條紙帶 測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖所示 已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T 0 1s 物體運動的加速度a 該紙帶是采用 選填 甲 或 乙 實驗方案得到的 簡要寫出判斷依據(jù) 圖實 7 5 3 如圖實 7 6是采用甲方案得到的一條紙帶 在計算圖中N點速度時 幾位同學(xué)分別用下列不同的方法進(jìn)行 其中正確的是 圖實 7 6 解析 1 機(jī)械能守恒的前提是只有重力做功 實際操作的方案中應(yīng)該使摩擦力越小越好 所以甲方案好 2 處理紙帶數(shù)據(jù)時 為減小誤差一般采用逐差法 得a 4 8m s2 4 7m s2 4 9m s2均可 該紙帶是采用乙實驗方案得到的 這是因為物體運動的加速度比重力加速度小很多 3 勻變速運動中某一段的平均速度等于中間時刻的瞬時速度 因為所取計時起點O的速度不一定為零 所以A D錯 B C項對 答案 1 甲見解析 2 4 8m s2乙見解析 3 BC 1 在用圖實 7 7所示的實驗裝置來驗證機(jī)械能守恒定律時 某同學(xué)的以下說法中正確的是 圖實 7 7 A 必須用秒表測出重物下落的時間B 實驗操作時 注意手提著紙帶使重物靠近打點計時器 先接通打點計時器電源 然后松開紙帶C 如果打點計時器不豎直 重物下落時 其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上 就會造成重力勢能的變化小于動能的變化D 驗證時 必須測量重物的質(zhì)量或重力 解析 因為實驗中使用打點計時器 不需要測時間 A錯誤 打點計時器不豎直 重物下落時 其重力勢能有一部分消耗在紙帶摩擦上 造成重力勢能的減少量大于動能的增加量 C錯誤 實驗時 為節(jié)約紙帶 便于測量 應(yīng)使重物靠近打點計時器 應(yīng)先通電后放手 B正確 因為動能和勢能表達(dá)式中都含有質(zhì)量 可以消去 故不需測質(zhì)量 D錯誤 答案 B 2 2010 安徽高考 利用圖實 7 8所示裝置進(jìn)行驗證機(jī)械能守恒定律的實驗時 需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h 某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶 設(shè)計了以下四種測量方案 圖實 7 8 以上方案中只有一種正確 正確的是 填入相應(yīng)的字母 解析 由于摩擦阻力等因素的存在 物體加速度a g 選項A B C均不正確 答案 D 3 在 驗證機(jī)械能守恒定律 的實驗中 打點計時器接在50Hz的交變電源上 自由下落的重物質(zhì)量為1kg 一條理想的紙帶數(shù)據(jù)如圖實 7 9所示 單位是cm g取9 8m s2 O A之間有幾個計數(shù)點沒畫 O點是重物開始下落時打出的第1個點 圖實 7 9 答案 1 0 491J0 480J 2 過原點的傾斜直線9 8m s2 4 某同學(xué)在應(yīng)用打點計時器做驗證機(jī)械能守恒定律實驗中 獲取了一根紙帶如圖實 7 10所示 但測量發(fā)現(xiàn)0 1兩點距離遠(yuǎn)大于2mm 且0 1和1 2間有點漏打或沒有顯示出來 而其他所有點都是清晰完整的 現(xiàn)在該同學(xué)用刻度尺分別量出2 3 4 5 6 7六個點到0點的長度hi i 2 3 7 再分別計算得到3 4 5 6四個點的速度vi和vi2 i 3 4 5 6 已知打點計時器打點周期為T 圖實 7 10 1 該同學(xué)求6號點速度的計算式是v6 2 該同學(xué)將計算得到的四組 hi vi2 數(shù)據(jù)在v2 h坐標(biāo)系中找到對應(yīng)的坐標(biāo)點 將四個點連接起來得到如圖實 7 11所示的直線 請你回答 接下來他是否能夠判斷重錘下落過程機(jī)械能守恒 說明理由 圖實 7 11 圖實 7 12 答案 1 打第一個點時重物的初速度為零 2 0 59m s0 17J0 17J機(jī)械能守恒 3 C 放上白紙 上面覆蓋著復(fù)寫紙 當(dāng)小球落在復(fù)寫紙上時 會在下面白紙上留下痕跡 用重垂線確定出A B點的投影點N M 重復(fù)實驗10次 小球每一次都從同一點由靜止釋放 球的落點痕跡如圖實 7 15所示 圖中米尺水平放置 零刻度線與M點對齊 用米尺量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B兩點的豎直距離 再量出M C之間的距離x 即可驗證機(jī)械能守恒定律 已知重力加速度為g 小球的質(zhì)量為m 圖實 7 14圖實 7 15 1 根據(jù)圖 7 15可以確定小球平拋時的水平射程為 cm 2 用題中所給字母表示出小球平拋時的初速度v0 3 用測出的物理量表示出小球從A到B過程中 重力勢能的減少量 Ep 動能的增加量 Ek 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全